КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ИЗЛОМОВ ПРИ ПОМОЩИ КОНФОКАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ МИКРОСКОПИИ

  • Евгений Дмитриевич Мерсон Тольяттинский государственный университет
  • Владимир Алексеевич Данилов Тольяттинский государственный университет
  • Дмитрий Львович Мерсон Тольяттинский государственный университет
Ключевые слова: конфокальный лазерный сканирующий микроскоп, металлические материалы, излом, микрорельеф, фрактография

Аннотация

Исследование поверхности разрушения деталей является первоначальным и весьма ответственным этапом на пути выяснения причин и хронологии процесса разрушения. При этом качество и объективность фрактографического анализа во многом зависит от эффективности инструмента, применяемого для изучения излома. Основным недостатком традиционных методов, применяемых в данной области, является двухмерность получаемых изображений, что в значительной степени затрудняет количественную оценку поверхности разрушения. В этом смысле высокой перспективностью обладает метод конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ), обеспечивающий высокую точность измерения геометрии поверхности объектов в трехмерном пространстве, широкий диапазон сканирования по вертикальной оси, необходимую глубину резкости и при этом не требующий электропроводности и специальной подготовки поверхности образца, а также наличия вакуума.

В настоящем исследовании разработана и апробирована методика съемки и последующего анализа изломов ударных образцов при помощи КЛСМ. В качестве объектов исследования выбраны изломы образцов стали 20 в полностью хрупком и полностью вязком состояниях, что достигалось за счет ударных испытаний образцов, выдержанных при температурах –196 оС и +150 оС соответственно. Установлены оптимальные увеличение, тип объектива, шаг сканирования и способ фильтрации получаемых изображений от шумов. Кроме того, показано, что в качестве меры вязкости поверхности разрушения может быть использован такой параметр, как характеристическая площадь поверхности разрушения Sr, величина которого существенно изменяется при переходе от хрупкого излома к вязкому. Показано, что применение КЛСМ позволяет перевести анализ разрушения металлических изделий с качественного на количественный уровень, повышая объективность и точность фрактографических исследований.

Биографии авторов

Евгений Дмитриевич Мерсон, Тольяттинский государственный университет
аспирант
Владимир Алексеевич Данилов, Тольяттинский государственный университет
магистрант
Дмитрий Львович Мерсон, Тольяттинский государственный университет
доктор физико-математических наук, профессор

Литература

Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р., Клевцова Н.А., Лимарь Л.В. Фрактодиагностика разрушения металлических материалов и конструкций. М.: МИСиС, 2007. 264 с.
Балтер М.А., Любченко А.П., Аксенова С.И. Фрактография – средство диагностики разрушенных деталей. М.: Машиностроение, 1978. 184 с.
Кудря А.В. Роль разномасштабных структур в обеспечении пластичности и вязкости структурно-неоднородных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 5. С. 18–23.
Кудря А.В., Соколовская Э.А. Неоднородность разномасштабных структур и сопротивление разрушению конструкционных сталей // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2004. Т. 68. № 10. С. 1495–1502.
Кудря А.В., Марков Е.А. Количественная оценка разрушения по акустической эмиссии в различных масштабах измерения // Материаловедение. 2007. № 1. С. 13–18.
Кудря А.В., Штремель М.А. О достоверности анализа данных в управлении качеством // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 7. С. 50–55.
Кудря А.В., Соколовская Э.А. Информационные технологии в обеспечении качества металлопродукции // Электрометаллургия. 2010. № 12. С. 35–43.
Кудря А.В., Соколовская Э.А., Арсенкин А.М. Эффективность пpименения сpедств наблюдения pазличной pазмеpности для анализа моpфологии вязкого излома улучшаемых сталей // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 1. С. 38–44.
Соколовская Э.А. О воспроизводимости результатов измерений структур и изломов с использованием компьютеризированных процедур // Вопросы материаловедения. 2013. № 4. С. 143–153.
Кудря А.В., Соколовская Э.А., Траченко В.А., Ле Хай Нинь, Скородумов С.В., Папина К.Б. Измерение неоднородности разрушения в конструкционных сталях с разнородной структурой // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 4. С. 12–18.
Beachem C.D., Pelloux R.M.N. Electron Fractography – A Tool for the Study of Micromechanisms of Fracturing Processes // Fracture Toughness Testing and its Applications. Chicago, 1965. P. 210–244.
Tata B.V.R., Raj B. Confocal laser scanning microscopy: Applications in material science and technology // Bull. Mater. Sci. Springer India. 1998. Vol. 21. № 4. P. 263–278.
Hovis D.B., Heuer A.H. The use of laser scanning confocal microscopy (LSCM) in materials science // J. Microsc. 2010. Vol. 240. № 3. P. 173–180.
Skálová L., Staňková H., Mašek B. Possible Application of Laser Scanning Confocal Microscopy in Material Science // 8th Multinatl. Congr. Microsc. 2007. P. 199.
Исходжанова И.В., Орлов М.Р., Григоренко В.Б., Лаптева М.А. Применение метода конфокальной лазерной сканирующей микроскопии для исследования коррозионных повреждений // Труды ВИАМ. 2015. № 4. С. 11.
Wendt U., Stiebe-Lange K., Smid M., Tonnies K. Quantification of Fracture Surface Topographies based on Confocal Laser Scanning Microscopy // Microscopy and Microanalysis. 2003. Vol. 9. P. 370–371.
Staňková H., Skálová L., Jacková K., Mašek B. Utilisation of laser confocal microscope Olympus LEXT for the analysis of the fracture area of fine grain steel // Focus on Microscopy 2007. Valencia, 2007. P. 144.
López-Cepero J.M., Arellano-López A.R. de, Quispe-Cancapa J.J., Martinez-Fernandez J. Confocal Microscopy for Fractographical Surface Characterization of Ceramics // Microscopy and Analysis. 2005. № 9. P. 13–15.
Орлов М.Р., Оспенникова О.Г., Наприенко С.А., Морозова Л.В. Исследование усталостного разрушения конических шестерен редуктора центрального привода газотурбинного двигателя, изготовленных из стали 20Х3МВФ // Деформация и разрушение материалов. 2014. № 7. С. 18–26.
Udupa G., Singaperumal M., Sirohi M., Kothiyal M.P. Characterization of surface topography by confocal microscopy: I. Principles and the measurement system // Measurement Science and Technology. 2000. Vol. 11. № 3. P. 305–314.
Опубликован
2015-12-30
Выпуск
Раздел
Технические науки

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>